Sevk Barutları

Bu bölümde; mermilere namlu ağızlarında sahip oldukları ilk hızları sağlayan, roket ve jetlerin hareket etmesine neden olan enerjinin kaynağı durumunda bulunan, sevk barutları ve ayrıca askeri alanda kullanılan önemli patlayıcı maddeler hakkında özet bilgi verilecektir.

Genel olarak sevk barutları da patlayıcı maddeler sınıfında olup bunların tepkimeleri düşük hızlarda oluşur. Bu nedenle sevk barutlarının tepkimelerine patlama ya da infilak yerine daha doğru olarak yanma, demek gerekir. Sevk barutlarının (düşük hızlı patlayıcı maddelerin) yanma hızları 0.01 ~ 1 m/s arasındadır. Yüksek hızlı patlayıcı maddelerin patlama hızları ise 2000 ~ 9000 m/s arasındadır. Hızlar için bu belirlemeler açık havadaki tepkimelere göre yapılmıştır. Sevk barutları kapalı yerlerde özel ateşleme düzenleriyle ateşlendiğinde bunlar da yanma yerine patlama biçiminde tepkime gösterebilirler [15].

Sevk barutları, bünyelerinde kimyasal enerjiyi saklayan, bir alev veya kıvılcım etkisiyle ve dışardan bir oksitleyiciye lüzum kalmaksızın, gaz ve yüksek ısı meydana getirerek ayrışan (yanan) kimyasal bileşim ya da karışımdır. Sevk barutlarının yanması esnasında dışarıdan bir oksitleyiciye gereksinim duymayışları, lüzumlu oksijeni bünyelerinde bulundurmalarındandır. Bu durum ise sevk barutlarının ısıl değerlerinin dışarıdan oksijen alarak yanan bazı yakıtlara nazaran daha düşük olmasına neden olur.

Mukayese edebilmek için aşağıda ısıl değerler verilmiştir [15].

Kara barut 685 kcal/kg Benzin 10026 kcal/kg

Nitrogliserin 1478 kcal/kg Asetilen 12030 kcal/kg

Sevk barutları içinde oksijen genellikle hidrokarbon grubuna doğrudan doğruya bağlı değildir. Hidrokarbon grubuna azot vasıtasıyla bağlıdırlar. Sevk barutlarının yanmaları

sonunda meydana gelen enerji, hidrojenin veya karbonun yanmasından oluşan enerjiden 1/10 ~1/35 daha azdır.

Sevk barutlarının yanma hızları yanma basınçlarına bağlı olarak değişir. Basıncın artması yanma hızını arttırır. Basınç azaldıkça yanma hızı da düşer. Diğer taraftan sevk barutlarının yanma süreleri;

- barutun cinsine,

- barut tanelerinin biçim ve boyutlarına, - barutun nem ve sıcaklığına,

- barutun yandığı yerin durumuna,

- barutu tutuşturan maddenin alev gücüne bağlı olarak değişir.

Sevk barutlarının yanması esnasında ani olarak meydana gelen barut gazı, genellikle karbon (C) , azot (N) kükürt (S),hidrojen (H) ve oksijenin (O) çeşitli bileşikleri ihtiva eder. En fazla meydana gelen bileşikler CO2 ve H2O dur. Ancak sevk barutlarının yanma basınçlarına ve dolayısıyla hızlarına bağlı olarak, yanma ya da patlama biçiminde oluşan tepkimeler sonundaki ürünleri miktar ve adet olarak farklı olabilmektedir. Örnek olarak nitroglikol için yanma ve patlama sonucu oluşan ürünler aşağıda gösterilmiştir [15].

Yanma;

2 4

(

) 2 1.7 1.7

0.3

0.3

C H NO  NO  CO  H O  CO  H

Patlama;

2 4

(

) 2

2

C H NO  CO  H O N 

En iyi sevk barutunu bulmak amacıyla insanlar yaklaşık 1200 yıldan bu yana uğraşı içindedirler ve ilk olarak 1242 yılında kara barut Roger Bacon adlı bir papaz tarafından bulunmuş olup o zamanların savaşlarında daha ziyade gürültü çıkartmak için kullanılmıştır. Biz burada kara baruttan başlayarak bugüne dek kullanılan sevk barutlarını inceleyeceğiz [15].

2.1.1. Karabarut

Çok eskiden beri bilinen bir barut tipi olup, bugün sevk barutu olarak kullanılmamaktadır. Güherçile adı ile de bilinen karabarut; Karbon ve Kükürtten oluşan bir karışımdır. % 75 oranında sodyum veya potasyum nitrat oksitleyici olarak,

% 15 oranında karbon (odun kömürü) temel yanıcı olarak, %10 oranında ise kükürt karışımda bulunur. Askeri alanda kullanılan kara barutlarda oksitleyici olarak daha çok potasyum nitrat (KNO3) kullanılır. Nitro selülozlu sevk barutlarının bulunmasına kadar yegâne sevk barutu ve patlayıcı madde kara baruttu. Kara barut 300 ˚C’ ın üzerindeki sıcaklıkta aniden yanar ve yüksek sıcaklık meydana getirir ( 3000 ~ 3800

˚C ). Bu durum silah namlularında aşırı ısınmaya neden olur. Kara barut genellikle küçük, küre biçimine yakın biçimde taneler halinde olup, taneler grafitle cilalanmıştır.

Rutubet çekicidir ve rutubet alınca hemen bozulur. Kuru olarak muhafaza edildiği sürece özelliğini uzun süre muhafaza eder. Sıcaklık, sürtünme veya kıvılcımla ateşlenebildiği için en tehlikeli patlayıcı ya da yanıcı maddedir. Kara barutun tam olarak yanma denklemi aşağıdaki gibidir.

3 2 2 2

2 KNO  3 C S   K S  3 CO  N

Ancak bu tepkime (reaksiyon) tam olarak meydana gelmez ve denklemin sağ tarafında K2CO3 (potasyum karbonat) ve K2SO4 (potasyum sülfat) görülür. Katalizör olan S reaksiyon sıcaklığını 340˚C’ dan 300˚C ’a düşürür. Denklemin sağ yanında görülebilecek K2CO3 ve K2SO4 katı maddelerdir. Kara barutun aşağıda sıralanan özellikleri nedeniyle sevk barutu olarak kullanılması uygun bulunmamıştır [15].

K2CO3 ve K2SO4 silahın namlusunda birikir ve her atımdan sonra namlunun temizlenmesi gerekir. Tepkime sonucu meydana gelen gaz miktarı azdır ve dolayısıyla mermiye ilk hızı kazandıracak enerji yüzdesi düşüktür. Kara barut kullanılarak 365 m/s’ nin üzerinde ilk hız elde edilmesi çok güçtür. Tane büyüklüğü homojen olmadığından yanma hızının kontrolü zordur. Ağız alevi ve duman fazladır. Yanma hızı düşüktür. Nem çekicidir dolayısıyla depolama ömrü azdır [15], [16].

Kara barut sevk barutu olarak kullanılmamakla beraber, ateşleme zincirinde sevk barutunu tutuşturma ara elemanı olarak, tapalarda geciktirme elemanı olarak, ders atış mermilerinde gözetleme hakkı olarak, tahrip işlerinde ateşleyici olarak, manevra ve merasim kovanlarında barut hakkı olarak, alev azaltıcı ve diğer özel maksatlar için kullanılmaktadır.

2.1.2. Nitroselülozlu Sevk Barutları

Kara barutun sevk barutu olarak kullanılmasına engel olan sakıncaları ortadan kaldırmak için çalışmalar sürdürülmüş ve kara baruta göre daha iyi bir sevk barutu olan nitroselülozlu barut bulunmuştur. Nitroselülozlu barutlar, pamuğun nitrik aside batırılmasıyla elde edilir. Nitroselülozlu barutların ana maddesi nitroselüloz olup bu nedenle bu barutlara tek bazlı barutlar denir. Barutlar, tek fazlı, çift fazlı, üç bazlı olarak anıldığında ‘baz’ kelimesi ve önündeki sayı (tek, çift, üç) barut terkibinde bulunan ara madde sayısını gösterir. Nitroselülozlu barutlar su altında da yanabilirler.

Nitroselülozlu barutların detonasyon hızlarının azaltılması için, aseton ve benzeri eriyiklerde eritilir ve jelatinize edilir. Bu durumda barutlara istenen biçimler verilebilir. Alev azaltıcı olarak bazı tuzlar yanma hızını düşürmek için, depolama ömrünü arttırmak için difenilamin barutun terkibinde bulunan maddelerdir.

Nitroselülozlu barutlar ( dumansız barutlar ) arkalarında artık bırakmazlar, buna karşılık kısmen nem alabilirler. Nitroselülozlu barutlar tam olarak yandığında reaksiyon ürünleri aşağıdaki denklemde görüldüğü gibi oluşur.

24 30

(

)

14

10 2

13

5

C H NO O  CO  CO  H O  H  N

1 kg lık dumansız barut açık havada ( 1 atm basınç ve 0 ˚C sıcaklıkta) yandığında ~900 lt gaz ve ~ 1000 Kcal ısı oluşur. Dumansız barutun yanma hızı 0,1 / 18 cm/s dır. Kara barutta ise aynı miktarın yanması ile 300 cm³ gaz ve 700 Kcal ısı oluşur. Nitroselülozlu barutlarla, büyük çaplı silahlarda 600/700 m/s lik ilk hız elde etmek mümkündür.

Ancak bu ilk hız yeterli olmayabilir. Bu nedenle daha iyi sevk barutu bulma çalışmaları sürdürülmüş ve nitrogliserinli barutlar bulunmuştur [15], [16].

2.1.3. Nitrogliserinli Sevk Barutları

Nitrogliserinli sevk barutları, gliserin ve nitrik asidin bileşmesinden meydana gelir.

Kapalı formülü C3H5N3O9 olan nitrogliserin renksiz bir sıvı olup yüksek hızlı patlayıcı bir maddedir. Nitrogliserin 19. asırda Alfred Nobel tarafından kullanılabilecek şekle sokulmuştur. Sevk barutu olarak kullanılabilmesi için, yanma hızının azaltılması, kuvvetlendirilmesi içinde oksijen yönünden zengin katkı maddeleri ile birleştirilmesi gerekir. Nitrogliserin nitroselülozlu barutlar gibi jelatinize edilir ve nitroselülozla karıştırılıp kurutulursa kırılgan olmayan, yanma hızı düşük bir madde elde edilir. Bu maddelerin yanma sonucu oluşturduğu enerji nitroselülozlu barutlara nazaran daha fazladır. Bu madde de çift fazlı bir sevk barutu olan nitrogliserinli baruttur. Netice olarak ana maddeleri nitroselüloz ve nitrogliserin olan bu sevk barutu yüksek enerjili olması sebebiyle silah namlularını büyük ölçüde aşındırır. İmalatı oldukça güçtür. Bu sakıncalarından ötürü daha iyi bir sevk barutu geliştirme çabaları sürdürülmüştür ve soğuk barut diye adlandırılan barut tipleri bulunmuştur. Aşağıdaki cetvelde değişik silahlarda kullanılan nitrogliserinli barutların yüzdeleri ile 1 kg barutun ısıl değeri gösterilmiştir. Nitrogliserin yüzdesinden geri kalan miktar nitroselüloz ve diğer katkı maddeleridir [15].

Çizelge 2.1. Nitrogliserinli barutların, nitrogliserin yüzdeleri ve 1 kg.’ nın ısıl değeri belirgin biçimde artar. Bu nedenle nitrogliserinli sevk barutları yerine ısıl değeri daha düşük olan maddeler bulunmuştur. Bu maddelerin en önemlisi diglokoldinitrattır.

Diglokoldinitrat’ ın ısıl değeri daha da düşürülerek elde edilen sevk barutlarına, “soğuk barutlar” denilmektedir. Soğuk barutlar kullanılarak silah namlularının ömürleri büyük ölçüde arttırılmıştır. Nitrogliserin yerine %23~36 diglikoldinitrat kullanılarak elde edilen diglikol’ lu sevk barutları yardımıyla, büyük ve küçük çaplı toplarda namlu ağzı alevini yok etmek ve mermi için yüksek ilk hız elde etmek mümkün olmaktadır. Bu barut çift esaslı bir barut olup esas maddeleri diglikoldinitrat ve nitroselülozdur [15].

Diglikollu barutların üstünlükleri; imalatları, nitrogliserinli barutlara nazaran daha kolaydır. Depolama ömürleri nitrogliserinli barutlara nazaran daha uzundur. İmalatları daha az tehlikelidir.

Diglikollu barutların sakıncaları; diglokoldinitrat, nitrogliserinden daha uçucu olduğundan sıcak havalarda barut tanelerinin birbirine kaynaması ve dolayısıyla farklı yanma yüzeyleri meydana getirmesidir. Tanelerin birbirine yapışması olayı + 40 ˚C

‘ın üzerindeki sıcaklıklarda başlar.

Obüs ve havanlarda kullanılan diglokollu barutlarda diglikoldinitrat miktarı %35-36 olup , barutun asıl ısıl değeri 1030 – 1050 Kcal/kg dır. Toplarda kullanılan diglokollu

barutlarda diglikoldinitrat miktarı % 22 – 26 olup bu barutun ısıl değeri 690 – 800 Kcal/kg dır [15].

2.1.5. Nitroguanidinli Sevk Barutları

Toplarda kullanılmakta olan sevk barutlarından en ilgi çekici olanları nitroguanidinli sevk barutlarıdır. Bu barutlar 3 bazlı barutlar olup esas maddeleri nitroselüloz, diglikoldinitrat ve nitroguanidinlidir. Bu tip barutlarda ısıl değeri düşük olduğundan

“soğuk nitroguanidinli” barutları adını alır. Soğuk diglokollu barutlara nazaran, kullanıldıkları namlularda namlu ömrü yaklaşık iki kat artar. Bugün nitroguanidinli sevk barutları orta çaptan büyük çapa kadar her nevi silahta namlu aşınması ve namlu ağız alevinin azaltılması yönünden en iyi sonuç vermektedir. Bu tip barutların duman miktarı biraz fazla ise de namlu alevi kolayca bastırılabilmektedir [15].